專利名稱：陰極運動磨擦法精密電鑄成形工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的陰極運動磨擦法精密電鑄成形工藝及裝置屬精密電鑄工藝方法及裝置。
背景技術(shù)：
電鑄是一種精密特種加工方法，它利用金屬離子在陰極表面電沉積的原理進(jìn)行零件的成形加工，具有很高的復(fù)制精度和重復(fù)精度。電鑄成形技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中越來越受到重視，已成功地應(yīng)用于火箭發(fā)動機(jī)噴管、電加工電極、破甲藥型罩、微型機(jī)械構(gòu)件、航空微型傳感器、微型波紋管、精密模具等零件的制造。
但電鑄技術(shù)還存在著一些缺陷和局限性，如在電鑄過程中，隨著金屬離子的沉積，會有氫氣等氣體從陰極表面析出，并以氣泡的形式滯留在陰極表面，阻礙金屬沉積，造成鑄件表面出現(xiàn)麻點、針孔等缺陷，使電鑄層的物理、機(jī)械性能下降；由于尖端放電效應(yīng)和雜質(zhì)的影響，鑄層表面容易產(chǎn)生積瘤、應(yīng)力等缺陷，造成鑄層均勻性差，整體沉積速度下降及合金成分不均勻；適用的電流密度較低，沉積速度慢，加工周期長；等等。這些問題的存在嚴(yán)重阻礙了電鑄工藝技術(shù)整體水平的提高及電鑄技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。因此，探索一種能克服上述缺陷、獲得良好鑄層的實用電鑄技術(shù)一直受到國內(nèi)外研究人員和企業(yè)的重視。
在電鍍生產(chǎn)實踐中，人們常使用添加劑來消除氣泡，細(xì)化晶粒，減小應(yīng)力，改善鑄層質(zhì)量；通過高速沖液、噴射法、陰極移動或用磨粒磨擦陰極表面等方法來降低陰極表面擴(kuò)散層厚度，提高電鑄速度。但上述方法都局限于電鍍領(lǐng)域，并不適用于電鑄成形。
本發(fā)明通過芯模在浸入電鑄液的硬粒子中以適當(dāng)?shù)姆绞胶退俣冗\動，帶動硬粒子磨擦、沖擊陰極表面，迅速、有效徹底地去除吸附氣泡和沉積表面的積瘤，減薄擴(kuò)散層，擾動結(jié)晶過程，從而有效地提高電鑄速度，改善鑄層質(zhì)量，獲得外表面光滑平整的零件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有電鑄技術(shù)的不足，提供一種能制造出致密性好、結(jié)晶細(xì)小、鑄速較高的精密電鑄成形工藝及其裝置。本發(fā)明的工藝特征在于1、電鑄芯模埋在堆滿硬粒子的電鑄槽中，根據(jù)加工零件的具體形狀確定適當(dāng)?shù)倪\動方式，如旋轉(zhuǎn)、平動等；采用硬度較大的非金屬硬粒子，其密度要大于電鑄液的密度，如陶瓷球、玻璃球、磨粒等，浸入電鑄液中；通過硬粒子在電鑄芯模帶動下的不停運動，對芯模表面進(jìn)行磨擦、沖擊、擾動，迅速、有效徹底地去除吸附氣泡和沉積表面的積瘤，減薄擴(kuò)散層，提高電鑄速度，改善晶體生長，有利于獲得組織致密、晶粒細(xì)化的電鑄層；2、電鑄液的供液方式，是從電鑄槽底部進(jìn)行供液，有利于沉積過程中金屬離子的補(bǔ)充。
實現(xiàn)本電鑄成形工藝的裝置包括盛滿電鑄液的儲液槽，置于電鑄液中受溫控儀控制的加熱器，由磁力泵、過濾器、溢流閥和球閥所組成的循環(huán)供液系統(tǒng)，其特點還包括硬粒子堆放在電鑄槽內(nèi)隔離板上方的電鑄液中，電機(jī)通過傳動裝置與埋入硬粒子中的電鑄芯模相連，電鑄芯模通過導(dǎo)電裝置與電源負(fù)極相連，與電源正極相連的陽極埋入浸于電鑄液內(nèi)的硬粒子中。
如果陽極采用板狀陽極，則與電鑄芯模平行地埋入堆放在電鑄液中的硬粒子中；如果陽極采用的是顆粒狀陽極，則將顆粒狀陽極圍繞與芯模外形相對應(yīng)的且填滿硬粒子的像形陽極籃外壁放置。
可見，本發(fā)明的特點是1、電鑄芯模通過傳動裝置，針對不同的零件形狀，實現(xiàn)相應(yīng)的運動方式；2、硬粒子堆放在隔離板上方電鑄芯模和陽極的周圍，或像形陽極籃內(nèi)。上述裝置不僅能有效去除電鑄層因析氫而產(chǎn)生的氣孔，減薄沉積表面離子擴(kuò)散層厚度，提高電鑄速度，改善鑄層質(zhì)量，而且能電鑄成形各種形狀的零件。
因此，采用上述電鑄工藝方法及裝置，能以較快的速度制備出致密性好、結(jié)晶細(xì)小、表面平整光亮的電鑄材料和各類形狀的電鑄零件。


圖1是陰極運動磨擦法精密電鑄成形工藝裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是顆粒狀陽極電鑄過程裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中標(biāo)號名稱1、電機(jī)，2、傳動裝置，3、電鑄芯模，4、陽極，5、電鑄槽，6、硬粒子，7，隔離板，8、球閥，9、溢流閥，10、過濾器，11、磁力泵，12、儲液槽，13、加熱器，14、溫控儀，15、電源，16、導(dǎo)電裝置。
圖2中的標(biāo)號名稱17、顆粒狀陽極，18、像形陽極籃，其他名稱與圖1中的標(biāo)號一致。
具體實施例方式
實施本發(fā)明——“陰極運動磨擦法精密電鑄成形工藝”的裝置，如圖1所示，其裝置包括電機(jī)(1)、電鑄槽(5)、隔離板(7)、儲液槽(12)、磁力泵(11)、過濾器(10)、球閥(8)、溢流閥(9)、溫控儀(14)、加熱器(13)、電源(15)、導(dǎo)電裝置(16)。其特點是所述電鑄過程裝置，包括電鑄芯模(3)通過傳動裝置(2)，針對不同的零件形狀，實現(xiàn)相應(yīng)的運動方式；硬粒子(6)堆放在隔離板(7)上方陰極(3)和陽極(4)的周圍，完全浸在電鑄液中。
圖2所示的是顆粒狀陽極電鑄過程裝置結(jié)構(gòu)示意圖。硬粒子(6)堆放在像形陽極籃(18)內(nèi)，覆蓋陰極，完全浸在電鑄液中；顆粒狀陽極(17)圍繞籃(18)的外壁放置。
采用的硬粒子(6)應(yīng)該是硬度較大的非金屬硬粒子，其密度要大于電鑄液的密度，可以是球狀、珠狀和其他不規(guī)則形狀的粒子，如陶瓷球、玻璃珠、磨粒等，其大小一般在0.5～2mm，根據(jù)零件的具體形狀和尺寸，也可以選用小于0.5mm或大于2mm的粒子。
本發(fā)明專利“陰極運動磨擦法精密電鑄成形工藝”原理及過程采用可導(dǎo)電的材料(如不銹鋼、純鈦、鋁合金等)加工而成的芯模(3)作陰極，芯模的外形與電鑄零件的內(nèi)腔尺寸一致；根據(jù)零件的材料和外形尺寸，選擇硬粒子的種類和大?。徊捎冒鍫铌枠O，與芯模外形平行放置，或采用顆粒狀陽極，用絕緣材料制作和芯模外形相對應(yīng)的像形陽極籃(18)；電鑄液循環(huán)過濾(8～12)，并通過溫控加熱裝置(13、14)，保持溫度恒定；根據(jù)零件的具體形狀，確定陰極的運動方式，對于回轉(zhuǎn)體零件可采用旋轉(zhuǎn)運動，對于其他形狀零件可采用平動方式；電鑄時，用直流或脈沖電源(15)通電，芯模(3)運動的同時，電鑄液從陰極底部進(jìn)行供液，在陰極離子沉積過程中，通過硬粒子(6)對芯模(3)表面進(jìn)行磨擦、擾動，不僅能去除吸附氣泡和沉積表面的積瘤，減薄擴(kuò)散層，提高電鑄速度，改善晶體生長，獲得組織致密、晶粒細(xì)化的電鑄層，而且能電鑄成形各種形狀的零件。電鑄層達(dá)到規(guī)定厚度后，切斷電源，停止電鑄，將芯模取出，清洗干燥后，分離金屬沉積層，即可得到所需要的滿足性能要求的電鑄零件。
權(quán)利要求
1.一種陰極運動磨擦法精密電鑄成形工藝及其裝置，其特征在于(1)電鑄芯模埋入堆滿硬粒子的電鑄槽中，根據(jù)加工零件的具體形狀，確定運動方式，使硬粒子在電鑄芯模的帶動下，不停地運動，磨擦、沖擊芯模表面，以迅速、有效地去除吸附氣泡和沉積表面的積瘤，減薄擴(kuò)散層，擾動結(jié)晶過程；(2)電鑄液的供液方式，采用在沉積過程中有利于不斷補(bǔ)充金屬離子的從電鑄槽底部向電鑄槽內(nèi)的方式。
2.一種陰極運動磨擦法精密電鑄成形工藝的裝置，包括盛滿電鑄液的儲液槽(12)、置于電鑄液中受溫控儀(14)控制的加熱器(13)，由磁力泵(11)、過濾器(10)、溢流閥(9)和球閥(8)所組成的循環(huán)供液系統(tǒng)，其特征在于還包括硬粒子(6)堆放在電鑄槽內(nèi)(5)隔離板(7)上方的電鑄液中，電機(jī)(1)通過傳動裝置(2)與埋入硬粒子(6)中的電鑄芯模(3)相連，電鑄芯模(3)通過導(dǎo)電裝置(16)與電源(15)負(fù)極相連，與電源正極相連的陽極(4)埋入浸于電鑄液內(nèi)的硬粒子(6)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陰極運動磨擦法精密電鑄成形工藝的裝置，其特征在于，板狀陽極(4)與電鑄芯模(3)平行地埋入硬粒子(6)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陰極運動磨擦法精密電鑄成形工藝的裝置，其特征在于，顆粒狀陽極(17)圍繞與電鑄芯模(3)外形相對應(yīng)的且填滿硬粒子(6)的像形陽極籃(18)外壁放置。
全文摘要
一種陰極運動磨擦法精密電鑄成形工藝及裝置，其工藝在于將電鑄芯模埋在堆滿硬粒子的電鑄槽中，并以適當(dāng)?shù)姆绞?如旋轉(zhuǎn)、平動等)運動。硬粒子在芯模的帶動下不停運動，磨擦、沖擊芯模表面，迅速、有效徹底地去除吸附氣泡和沉積表面的積瘤，減薄甚至消除擴(kuò)散層，擾動結(jié)晶過程，達(dá)到提高電鑄速度，改善鑄層質(zhì)量的目的。其裝置包括電機(jī)(1)、電鑄槽(5)、隔離板(7)、儲液槽(12)、磁力泵(11)、過濾器(10)、球閥(8)、溢流閥(9)、溫控儀(14)、加熱器(13)、電源(15)、導(dǎo)電裝置(16)，其特點是還包括由傳動裝置(2)、硬粒子(6)、電鑄芯模(3)、陽極(4)或顆粒狀陽極(17)及像形陽極籃(18)所組成的電鑄過程裝置。應(yīng)用本發(fā)明能以較快的速度制備出致密性好、結(jié)晶細(xì)小、表面平整光亮的電鑄材料和各類形狀的電鑄零件。
文檔編號C25D1/00GK1624205SQ20041006512
公開日2005年6月8日 申請日期2004年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者朱荻, 朱增偉 申請人:南京航空航天大學(xué)